[发明专利]一种石墨烯复合薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合薄膜材料及其制备方法，属于复合材料设计制备技术领域。

背景技术

有机发光二极管（organic light emitting diode,OLED）具有自发光、广视角、超快响应、高效率、低电压、器件超薄和大尺寸化等优点，被认为是极具应用前景的下一代显示和照明技术。柔性化是未来电子器件的发展方向，也是OLED特有的优势。OLED所使用的有机材料本身具有的良好的可挠曲性，将其制作在耐冲击、轻薄廉价的柔性透明塑料基材上，便可实现柔性器件制造。

可用来作柔性衬底的透明塑料薄膜，如聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等，由线性结构为主的大分子链组成，链间为范德华作用力，结合力强度和结构致密程度远低于无机和金属材料，存在较大的自由体积。这种多级结构特点赋予了聚合物一些特有的性能，如质轻、柔韧、易加工等，但同时也大大降低了其对水汽、氧气等气体的阻隔性能。研究表明,渗透进入器件内部的水蒸气和氧气是影响OLED寿命的主要因素。低功函数的阴极金属，如铝、镁、钙等,以及发光功能层易与渗透进来的水汽和氧气发生反应，降低发光效率，形成黑点，最终导致器件失效。

为了使OLED器件的寿命达到实用要求，通常要求器件封装材料的水汽渗透速率（WVTR）小于10^-6g/(m²·24hr)，氧气渗透速率（OTR）小于10^-5cc/(m²·24hr)。而高分子材料的WVTR和OTR通常分别在10^-1～40g/(m²·24hr)和10^-2～10²cc/(m²·24hr)范围内。因此，要使用柔韧性上佳的透明塑料薄膜作为OLED衬底，必须大幅度增加其气体阻隔性能。在保证一定透明度的前提下提高阻隔性能，一种可行的方法是将石墨烯与高分子材料复合。石墨烯是一种二维的碳纳米材料，由SP²杂化碳原子六角形键接构成，每个碳原子上剩余单电子2P轨道相互重合，形成离域共轭大π键。单层石墨烯对可见光透过率大于97%，厚度仅为0.34nm，而宽度可达几个微米甚至数十厘米。这种极致的高宽比，加上面内致密的π键电子云，以及高透光率，使得石墨烯成为最理想的纳米填充阻隔材料。

目前，利用石墨烯提高聚合物阻隔性能的方法主要是以石墨为起始物得到的氧化石墨烯（GO）或还原氧化石墨烯（RGO）为改性填充料，借助于溶剂与聚合物混合，继而通过流延、模压、浇筑、吹塑等成型方法制备复合薄膜。例如：申请公布号为CN102115566A，专利名称为“高阻隔性氧化石墨烯和聚合物纳米复合膜的制备方法”，公开了一种高阻隔性氧化石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法：将GO在超声分散条件下分散于溶剂中，形成GO胶体。然后加入聚合物，超声加机械搅拌条件下溶解聚合物，脱除气泡后采用流延或吹塑得到GO/聚合物复合薄膜；申请公布号为CN101812194A，专利名称“一种石墨烯基阻隔复合材料及其制备方法”，提供了一种功能改性RGO与聚烯烃聚合物复合方法。具体是先用偶联剂对GO进行表面功能修饰，再将修饰后的GO还原。借助于溶剂将修饰RGO均匀分散到聚烯烃溶液中，在引发剂作用下交联键合得到纳米复合材料；申请公布号为CN102173145A，专利名称为“一种氧化石墨烯涂覆膜的制备方法”，公开了一种简单的石墨烯/聚合物薄膜复合方法。具体步骤是先将氧化石墨烯超声处理分散到水中得到均匀胶体悬浮液，通过喷涂或辊压的方式将GO涂覆在通用薄膜表面，干燥后再涂覆若干次，最后覆盖一层通用薄膜，得到GO涂覆薄膜。类似的还有：申请公布号为CN10327368A，专利名称为“机械共混制备氧化石墨烯/白炭黑/橡胶纳米复合材料的方法”；申请公布号为CN102532629A，专利名称为“完全剥离的氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料的制备方法”；申请公布号为CN102827386A，专利名称为“一种聚醚醚酮/氧化石墨烯纳米复合薄膜的制备方法”；申请公布号为CN103265714A，专利名称为“一种聚乙烯醇/氧化石墨烯复合薄膜的制备方法”；申请公布号为CN102604175，专利名称为“制备氧化石墨烯/白炭黑/橡胶纳米复合材料的方法”。区别是选用的聚合物体系不同或GO/聚合物复合成型方法不同。